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Étude expérimentale du comportement dynamique des engrenages cylindriques

Hingray, Bertrand (2008). Étude expérimentale du comportement dynamique des engrenages cylindriques. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les mesures expérimentales sur la dynamique des engrenages sont un domaine encore incomplet de la littérature. En général, seules l'influence des rapports de conduite ainsi que des dépouilles en tête de dent sont étudiées. Ces expériences se limitent souvent à vérifier les modèles numériques établis d'un engrenage. Certaines autres études portent sur l'influence de défauts sur la dynamique. Il demeure nécessaire d'étudier l'influence de divers paramètres de conception sur la dynamique afin de différencier l'influence des défauts à l'influence des paramètres de conception.

Les vibrations de l'arbre et les contraintes en compression subies par les dents sont étudiées à l'aide d'un plan d'expérience où le pas diamétral, l'angle d'hélice, la largeur de dent, le nombre de dents, le couple appliqué et la vitesse de rotation varient. Deux arbres en rotation composent ce banc, un des arbres reçoit le dynamomètre mécanique introduisant le couple, l'autre est entraîné par le moteur. Les paires de roues du plan d'expérience (16), sont placées à une extrémité des arbres, à l'autre extrémité, on trouve des roues possédants trois fois plus de dents pour fernier le circuit et ne pas perturber les vibrations des engrenages à tester.

Les contraintes sont mesurées à l'aide de jauges de défomiations, et les vibrations sont mesurées en rotation à l'aide de deux accéléromètres. Le relevé des contraintes ne s'est pas révélé satisfaisant. En effet, les valeurs de contraintes trouvées ne correspondaient pas avec les valeurs théoriques prédites par l'AGMA. La vitesse de déformation des jauges s'est révélée trop lente pour suivre les déformations réelles des roues. Pour ce qui est des accélérations, les données recueillies montrent l'ensemble des fréquences participant à l'énergie vibratoire. Les harmoniques de la fréquence d'engrènement et leurs modulations ont été identifiées. Les valeurs efficaces, les kurtosis et les facteurs de crête ont été calculés et permettent de classer l'importance des paramètres sur les vibrations des engrenages.

De nouveaux paramètres plus pertinents se sont dégagés de cette étude. Tout d'abord, il est nécessaire de posséder un grade de qualité élevé pour étudier au mieux l'influence des autres paramètres, un grade de qualité faible augmente les erreurs de transmission. Un rapport de conduite élevé ou entier est préférable pour limiter l'énergie vibratoire. Des roues légères réduisent les vibrations par rapport à des roues pesantes. Les vibrations augmentent de manière importante avec la vitesse. Enfin, pour limiter l'influence du couple sur les vibrations, il est nécessaire de tenir compte du rapport entre le pas diamétral et le couple. En effet pour des roues à dents épaisses, le couple possédera moins d'influence que pour des roues à dents minces.

Titre traduit

Experimental study of the dynamic behavior of spur gears

Résumé traduit

Experimental measurements on gear dynamic is still an incomplete field of literature. Generally, only influence of involute contact ratio as well as tip relief modification are studied. These experiences are often limited to verify numerical models developed for one gear. Some other studies focus on the influence of defects on the dynamics. It remains necessary to study influence of various design parameter on the dynamics in order to distinguish the influence of defects to the influence of design parameters.

The shaft's vibration and the compressive stresses are examined with a factorial design where the diametral pitch, helix angle, teeth width, teeth number, applied torque and rotational speed vary. Two rotating shafts make up the bench, one take the mechanical dynamometer introducing the torque, the other one is driven by an engine. The pairs of gears of the factorial design (16), are placed at one end of the shafts, at the other end, gears having three times more teeth can be found to close the torque circuit and not to disrupt the vibrations of the tested gears.

The stresses were measured using strain gages, and the rotational vibrations with a ring where two accelerometers were fastened. The stress statement hasn't been very conclusive. Indeed, the stress values found in general do not match with theoretical values of AGMA.

The gages bending speed was to slow to monitor the gear real strains. For the accelerations, the data collected show the frequencies which are involved in the vibration range. Harmonics of the meshing frequency, and their variations were found. The root means square, kurtosis and crest factor were calculated and used to rank the design parameters importance on the gears vibrations.

New key parameters have emerged from this study. First, it is necessary to possess a high degree of quality to study well the influence of other parameters, a low grade of quality increases transmission errors. A high or entire involute contact ratio is preferable to limit the vibration amplitude. Lightweight wheels reduce vibration compared to heavy wheels. Vibrations increases significantly with speed. Finally, in order to limit the influence of torque on vibrations, it is necessary to take into account the ratio between the diametral pitch and the torque transmitted.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliogr : f. [267]-270.
Mots-clés libres: arbre, comportement, compression, contrainte, couple, cylindrique, dent, diametral, dynamique, engrenage, essai, experience, helice, pas, rotation, vibration
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Guilbault, Raynald
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Thomas, Marc
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 09 août 2010 14:16
Dernière modification: 17 déc. 2016 02:19
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/134

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